隔离壁精馏塔萃取精馏制无水叔丁醇研究

间歇萃取精馏分离叔丁醇与水共沸物的研究缪英;张春林;叶青【摘要】采用间歇萃取精馏分离叔丁醇水混合物,选用乙二醇为萃取剂.研究了回流比、溶剂进料流速、溶剂进料温度等对分离叔丁醇水混合物的影响.最佳操作条件为:回流比为2、溶剂进料温度为90℃、溶剂进料流速为5.1g/min,在此条件下,叔丁醇质量分数可达98.41％.同时用Aspen Plus软件对间歇萃取精馏过程进行模拟,结果表明实验结果与模拟结果基本一致.%Batch extractive distillation process was chosen to separate tert—butyl alcohol —water mixture and the ethylene glycol as solvent. The effect of reflux ratio, solvent feeding speed and solvent feeding temperature was analyzed. The best operating conditions were that the reflux ratio was 2, solvent feeding speed was 5. Lg/min, the solvent feeding temperature was 90℃. Under those conditions, the mass fraction of tert —butyl alcohol could reach 98. 41%. The batch extractive distillation column was simulated by Aspen plus software, and an agreement was found between the predicted and the experimental data.【期刊名称】《常州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(024)004【总页数】4页(P33-36)【关键词】叔丁醇;间歇萃取精馏;模拟【作者】缪英;张春林;叶青【作者单位】常州大学基建处,江苏常州213164;上海制皂(集团)如皋有限公司,江苏如皋226521;上海制皂(集团)如皋有限公司,江苏如皋226521;常州大学石油化工学院,江苏常州213164【正文语种】中文【中图分类】TQ028.3间歇萃取精馏作为一种特殊的精馏方法，适用于共沸物系和沸点接近的物系的分离，是近年来发展起来的具有间歇精馏和萃取精馏特点的新型分离过程[1-4]。

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公开说明书[11]公开号CN 1621399A [43]公开日2005年6月1日[21]申请号200310115075.6[22]申请日2003.11.26[21]申请号200310115075.6[71]申请人北京化工大学地址100029北京市朝阳区北三环东路15号[72]发明人雷志刚 李成岳 季生福 陈标华 乔聪震[74]专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司代理人霍京华[51]Int.CI 7C07C 31/12C07C 29/84权利要求书 1 页 说明书 9 页 附图 1 页[54]发明名称一种萃取精馏分离叔丁醇和水的方法[57]摘要本发明涉及一种分离叔丁醇和水的方法，特别是采用萃取精馏的方法分离叔丁醇和水。

本发明采用醇或醇与盐或强碱的混合物作为萃取剂进行萃取精馏，得到跨越恒沸组成的叔丁醇，为后续叔丁醇的进一步提纯奠定基础，使得到不含二聚物等杂质的无水叔丁醇成为可能。

200310115075.6权 利 要 求 书第1/1页 1.一种萃取精馏分离叔丁醇和水的方法，萃取精馏过程是包括萃取精馏塔和溶剂回收塔的双塔流程，其特征是：采用A或A与B的混合物作为萃取剂进行萃取精馏，且B组分在A与B的混合物中的质量百分数为0-30％； A为乙二醇、丙二醇、丁二醇或丙三醇，或上述醇的混合物； B为氯化钠、氯化钙、硝酸钙、硫酸钠、碳酸钠、醋酸钾、碘化钾、氢氧化钠或氢氧化钾，或上述物质的混合物。

2.根据权利要求1的方法，其特征是：萃取精馏塔的操作条件为常压，萃取剂体积流量与原料体积流量之比为1.0-5.0，回流比为1.0-3.0，塔顶温度控制在81.0-83.0℃，塔釜温度控制在95.4-140.0℃，塔顶可得到跨越恒沸组成的叔丁醇。

3.根据权利要求1的方法，其特征是：萃取精馏塔的塔釜液进入溶剂回收塔进行回收，溶剂回收塔的操作条件为常压或减压，操作压力的范围为绝压0.10-1atm，回流比0.5-5.0，塔顶温度控制在40.0-100.0℃，塔釜温度控制在104.7-196.0℃。

萃取精馏分离叔丁醇-水共沸物系萃取剂的选择张志刚;李治楠;方荣丽;杨茹;张亲亲;李文秀【摘要】叔丁醇+水混合物是化工和医药领域中广泛存在的共沸物系.为了实现二者的有效分离,选用3种咪唑类离子液体1-乙基-3-甲基咪唑溴盐([EMIM]Br)、1-丁基-3-甲基咪唑溴盐([BMIM]Br)、1-己基-3-甲基咪唑溴盐([HMIM]Br)和3种醇胺类离子液体三乙醇胺甲酸盐([TEA][Fc])、三乙醇胺乙酸盐([TEA][Ac])、三乙醇胺乳酸盐([TEA][Lc]),在101.3 kPa下测定这6种离子液体对叔丁醇-水共沸物系的溶剂选择性,并考察溶剂比对共沸物系选择性的影响,同时将3种咪唑类离子液体与3种醇胺类离子液体进行比较.实验结果表明:合成的6种离子液体都可提高叔丁醇对水的相对挥发度,咪唑类离子液体的选择性大小顺序为[EMIM]Br>[BMIM]Br>[HMIM]Br,醇胺类离子液体的选择性大小顺序为[TEA][Lc]>[TEA][Fc]>[TEA][Ac],同时,它们的选择性随溶剂比的增加而增大.与醇胺类离子液体相比,咪唑类离子液体作为萃取剂更具有优势,因此,可以选用[EMIM]Br 作为分离叔丁醇-水共沸物系的萃取剂.【期刊名称】《沈阳化工大学学报》【年(卷),期】2018(032)003【总页数】6页(P224-229)【关键词】叔丁醇;水;离子液体;萃取剂;选择性【作者】张志刚;李治楠;方荣丽;杨茹;张亲亲;李文秀【作者单位】沈阳化工大学化学工程学院,辽宁沈阳110142;沈阳化工大学化学工程学院,辽宁沈阳110142;沈阳化工大学化学工程学院,辽宁沈阳110142;沈阳化工大学化学工程学院,辽宁沈阳110142;沈阳化工大学化学工程学院,辽宁沈阳110142;沈阳化工大学化学工程学院,辽宁沈阳110142【正文语种】中文【中图分类】TQ028.4叔丁醇通常是由异丁烯水合法制得，水合反应完成后经脱碳四塔得到含叔丁醇60 %的水溶液.叔丁醇几乎会与水完全混溶，并且与其形成共沸物.所以，在叔丁醇的产品中均含有一定的水分，且构成叔丁醇-水共沸体系.在101.3 kPa下，叔丁醇-水共沸物系的共沸点为79.91 ℃，其中叔丁醇的质量分数为88.24 %，水的质量分数为11.76 %[1].对于叔丁醇-水共沸物系，常规的精馏方法难以实现二者的分离.萃取精馏法为分离共沸物有效的方法之一.目前针对萃取精馏分离叔丁醇-水共沸物系的萃取剂已有部分报道[2-7].其中，国内曾报道过使用乙二醇、氟化钾和碳酸钾作为萃取剂分离叔丁醇-水共沸物系；对于使用离子液体作为萃取剂方面仅有[EMIM]Cl、[BMIM]Cl、[HMIM]Cl、[EMIM][OAc]、[BMIM][OAc]、[HMIM][OAc]6种离子液体.文献中表明，当叔丁醇的摩尔分数为0.95时，对叔丁醇-水的相对挥发度，阳离子影响的大小顺序[EMIM]+>[BMIM]+>[HMIM]+，阴离子Cl-的影响要大于OAc-.在萃取精馏中，萃取剂是一种可以起到特殊效果的物质，它的加入会改变原料液中各个组分的活度系数，近而导致组分间的相对挥发度发生改变，从而实现共沸物系的有效分离[8].尽管萃取精馏具有萃取剂容易选择、污染小等优点，但是它同时存在溶剂用量大、回收成本高等缺点.所以，选择合适的萃取剂、优化萃取精馏的过程成为近年来的研究热点[9].近年来，离子液体[10](Ionic Liquids,简称ILs)作为一种新型绿色溶剂，在很多领域受到了极大关注.离子液体具有溶解性强、制备简单、可设计性强、无可测蒸气压等特点，受到国内外众多学者的关注，被广泛用作萃取精馏的萃取剂[11-14].目前咪唑类离子液体与醇胺类离子液体在分离共沸物系研究中的对比分析还很匮乏，本文选取合成方法简便、合成原料易得的6种离子液体进行研究.其中有3种咪唑类离子液体1-乙基-3-甲基咪唑溴盐([EMIM]Br)、1-丁基-3-甲基咪唑溴盐([BMIM]Br)、1-己基-3-甲基咪唑溴盐([HMIM]Br)和3种醇胺类离子液体三乙醇胺甲酸盐([TEA][Fc])、三乙醇胺乙酸盐([TEA][Ac])、三乙醇胺乳酸盐([TEA][Lc]).在101.3 kPa下测定6种离子液体对叔丁醇-水共沸物系的溶剂选择性，同时测定了溶剂比(质量比)对选择性的影响，并对咪唑类和醇胺类离子液体进行比较.这为工业上采用离子液体作为萃取剂分离叔丁醇-水体系提供了实验依据.1 实验部分1.1 实验药品叔丁醇，分析纯，纯度≥99 %(质量分数)，国药集团化学试剂有限公司；蒸馏水；[EMIM]Br、[BMIM]Br、[HMIM]Br、[TEA][Fc]、[TEA][Ac]、[TEA][Lc]，纯度均≥98 %(质量分数),实验室自制.1.2 实验装置及过程实验釆用CE-2型单循环气液平衡釜[15].这种装置主要由加热系统、冷凝系统、取样等部分组成.由气体缓冲装置控制平衡釜内部气压与外界相同，偏差为0.1 kPa.这种平衡釜有使用样品少(容积约为60 mL)、取样相对简便等优点.实验装置由水银温度计测定温度，溶液通过接触调压器加热，釜身采用真空绝热保温，防止釜内温度受到外界环境的影响并且防止气相遇冷凝结[16].将配制好的一定浓度的样品液倒入气液平衡釜内，开启加热装置进行加热.在等压条件下，样品溶液通常需要加热30～50 min才能达到气液平衡状态，此时体系的平衡温度将不再发生变化.继续保持30 min左右，即可在气液平衡釜的气相取样口、液相取样口抽取一定量的样品溶液进行分析.1.3 样品分析实验样品由带有顶空进样器(G1888)的气相色谱仪(安捷伦GC-7890A)测得.配有DW-WAXETR型毛细管柱，长30 m，外径0.32 mm；TCD检测器，载气为H2.分析条件为进样口温度200 ℃，柱箱温度80 ℃，检测器温度为200 ℃.电子分析天平(CAV264C-USA)称量样品质量，最小偏差为0.000 1 g.气相组分分析：由于离子液体具有不挥发的特性，因此，气相组分中只含有易挥发的叔丁醇和水.平衡稳定后取样，可直接进到气相色谱中进行分析.液相组分分析：由于离子液体几乎不挥发，因此，采用带有顶空进样器的气相色谱仪分析液相样品.其原理是将装有样品的顶空瓶通过顶空进样器的气化室进行加热，等待分析的物质完全气化后，进样器从样品的顶部空间取气态样品，与气相色谱结合，通过气相色谱对气态样品进行分析.实验中只有叔丁醇和水进入了气相色谱，离子液体则留在顶空瓶内.离子液体的含量通过称量法进行测定.取已知质量的液相样品，放入真空干燥箱内进行干燥，温度定为120 ℃，真空度为0.08 MPa，时间为24 h，剩余质量为离子液体的质量，通过称重算出离子液体的含量.2 结果与讨论2.1 实验装置校正实验装置的可靠性对实验数据的准确及精度至关重要.实验装置的可靠性通过用该装置测定的叔丁醇-水二元体系的实验数据，与已有的文献数据[17]进行比较来验证，结果如图1所示.其中，x1为叔丁醇在液相中的摩尔分数，y1为叔丁醇在气相中的摩尔分数.由图1可知，实验数据与各文献值符合良好.因此，实验所用的相平衡装置可靠，可以用该装置进行实验研究.图1 叔丁醇-水二元物系气液相平衡实验数据与文献数据的对照Fig.1 The comparison of the data of tertiary butyl alcohd-water binary system gas-liquid equilibrium from experiment and reference2.2 溶剂选择性实验按照共沸物系的共沸质量比[w(叔丁醇)=88.24 %，w(水)=11.76 %]配制成不同离子液体在不同溶剂比(质量比)下的实验样品进行实验，测试3种咪唑类离子液体和3种醇胺类离子液体在不同溶剂比下对叔丁醇-水共沸物系的溶剂选择性.在萃取精馏中，溶剂的选择性S12是指被分离物系加入萃取剂后二组分的相对挥发度与加入前的相对挥发度之比.根据溶剂的选择性定义：实验在一个大气压下进行，压力视为常压，被研究的物系可视为低压理想气液平衡物系.而萃取精馏分离的是近沸点或共沸点体系，所以α12约等于1，因此，选择性可表示为：其中：(α12)S为溶剂存在下，组分1叔丁醇对组分2水的相对挥发度；α12为无溶剂时，组分1对组分2的相对挥发度；x1、x2为组分1、2在液相中的摩尔分数；y1、y2为组分1、2在气相中的摩尔分数.咪唑类离子液体与醇胺类离子液体在不同溶剂比下的选择性对比结果如图2、图3所示.其中，图2为3种咪唑类离子液体的选择性随溶剂比的变化.从图2可以看出：在3种咪唑类离子液体的作用下，叔丁醇对水的相对挥发度都大于1.0；并且随着溶剂比的增加，溶剂选择性S12也随之增大；3种咪唑类离子液体的选择性S12顺序为[EMIM]Br>[BMIM]Br>[HMIM]Br.因此，3种咪唑类离子液体的分离效果依次是：[EMIM]Br>[BMIM]Br>[HMIM]Br.图3为3种醇胺类离子液体的选择性随溶剂比的变化.从图3可看出：在3种醇胺类离子液体的作用下，叔丁醇对水的相对挥发度同样都大于1.0；并且随着溶剂比的增加，溶剂选择性S12也随之增大；3种醇胺类离子液体的选择性S12顺序为[TEA][Lc]>[TEA][Fc]>[TEA][Ac]，因此，3种醇胺类离子液体的分离效果依次是：[TEA][Lc]>[TEA][Fc]>[TEA][Ac].当叔丁醇和水按照共沸比例配比时，6种离子液体[EMIM]Br、[BMIM]Br、[HMIM]Br、[TEA][Fc]、[TEA][Ac]和[TEA][Lc]对叔丁醇-水相挥发度都能起到显著的提升作用，因此，都可作为萃取精馏分离叔丁醇+水共沸物系的萃取剂.图2 3种咪唑类离子液体的选择性随溶剂比的变化Fig.2 The variation of the selectivities of three methylimidazolium-based ionic liquids with the solvent ratio图3 3种醇胺类离子液体的选择性随溶剂比的变化Fig.3 The variation of the selectivities of three triethanolamine-based ionic liquids with the solvent ratio从图2、图3中可以看出：离子液体的选择性随着溶剂比的增大而增大，分离效果增加.离子液体的极性较大[18]，而水的极性大于叔丁醇的极性，根据相似相溶原理，离子液体与水的作用力大于其与叔丁醇的作用力，使叔丁醇产生了明显的盐析效应，提高了叔丁醇对水的相对挥发度.对于3种咪唑类离子液体，阴离子都是溴离子，区别在于阳离子咪唑环上的烷基侧链，侧链越长，电子云的分布越分散，因而电子云的密度越低；随着阳离子的碳链的增长，离子液体的极性越小，因此，离子液体与水的相互作用越弱.所以，3种咪唑离子液体与水的相互作用强弱顺序为[EMIM]Br>[BMIM]Br>[HMIM]Br，3种离子液体提高叔丁醇对水的相对挥发度的能力大小顺序为[EMIM]Br>[BMIM]Br>[HMIM]Br.综上，[EMIM]Br是3种咪唑类离子液体中最好的萃取剂.对于3种醇胺类离子液体[TEA][Fc]、[TEA][Ac]和[TEA][Lc]，阳离子全部为三乙醇胺与氢离子的配位离子；对阴离子而言，乳酸根中既含有羟基官能团又含有羧基官能团，其吸水性明显强于甲酸根和乙酸根，因此，[TEA][Lc]对水的吸引力强于[TEA][Fc]和[TEA][Ac]离子液体；对于[TEA][Fc]和[TEA][Ac]两种离子液体，阴离子分别为甲酸根和乙酸根，随碳链的增长，电子云的分布越分散，离子液体极性越小，因此，[TEA][Fc]对水的吸引力强于[TEA][Ac].由此可知，3种醇胺离子液体与水相互作用强弱顺序为[TEA][Lc]>[TEA][Fc]>[TEA][Ac]；3种离子液体提高叔丁醇对水的相对挥发度的能力大小顺序为[TEA][Lc]>[TEA][Fc]>[TEA][Ac].图4为6种离子液体在溶剂比为0.1和1.0时的选择性示意图.从图4可以看出：在溶剂比为0.1时，6种离子液体[EMIM]Br、[BMIM]Br、[HMIM]Br、[TEA][Fc]、[TEA][Ac]、[TEA][Lc]的选择性S12分别为1.326、1.204、1.127、1.157、1.084和1.267，选择性S12顺序为[EMIM]Br>[TEA][Lc]>[BMIM]Br>[TEA][Fc] >[HMIM]Br>[TEA][Ac]；在溶剂比为1.0时，6种离子液体[EMIM]Br、[BMIM]Br、[HMIM]Br、[TEA][Fc]、[TEA][Ac]、[TEA][Lc]的选择性S12分别为3.662、2.847、2.239、1.453、1.286和1.716，选择性S12顺序为[EMIM]Br>[BMIM]Br>[HMIM]Br>[TEA][Lc]>[TEA][Fc] >[TEA][Ac]，从图4中还可以看出：3种咪唑类离子液体选择性S12变化幅度明显高于3种醇胺类离子液体.因此，研究中所使用的两类离子液体中，咪唑类离子液体更适合作为萃取精馏法分离叔丁醇-水共沸物系的萃取剂.图4 6种离子液体在不同溶剂比下的选择性Fig.4 The selectivities of six ionic liquids with different solvent ratio3 结论在常压下测定了3种咪唑类离子液体[EMIM]Br、[BMIM]Br、[HMIM]Br和3种醇胺类离子液体[TEA][Fc]、[TEA][Ac]、[TEA][Lc]对叔丁醇-水共沸物系的溶剂选择性.结果表明：在6种离子液体的作用下，叔丁醇对水的相对挥发度均有提高；3种咪唑类离子液体对叔丁醇-水混合物系的溶剂选择性影响大小顺序为[EMIM]Br>[BMIM]Br>[HMIM]Br；3种醇胺类离子液体对叔丁醇-水混合物系的溶剂选择性影响排序为[TEA][Lc]>[TEA][Fc]>[TEA][Ac]；3种咪唑类离子液体对叔丁醇-水的相对挥发度的提升效果要好于3种醇胺类离子液体，[EMIM]Br是最优选择.【相关文献】[1] 程能林.溶剂手册[M].3版.北京:化学工业出版社,2002:150-153.[2] 王涛.采用氟化钾分离叔丁醇水溶液的研究[J].广东化工,2011,38(6):303-304.[3] 叶青.分隔壁共沸精馏塔分离叔丁醇水混合物的模拟研究[J].天然气化工,2009,34(5):17-23.[4] 曹汉中.加碱萃取精馏制取无水叔丁醇[J] .化学工程师,2007(4):62-64.[5] 缪英,张春林,叶青.间歇萃取精馏分离叔丁醇与水共沸物的研究[J] .常州大学学报(自然科学版),2012,24(4):33-36.[6] 韩萍芳,佘锦锦,徐宁,等.碳酸钾盐析分离叔丁醇-水体系及工业化试验[J].化工进展,2004,23(8):877-879.[7] ZHANG L Z,QIAO B B,YUN G,et al.Effect of Ionic Liquids on(Vapor+Liquid) Equilibrium Behavior of(Water+2-Methyl-2-Propanol)[J].The Journal of Chemical Thermodynamics,2009,41(1):138-143.[8] LI Q S,LIU P P,CAO L,et al.Vapor-Liquid Equilibrium forTetrahydrofuran+Methanol+Tetrafluoroborate-based Ionic Liquids at 101.3 kPa[J].Fluid Phase Equilibria,2013,360:439-444.[9] ,LUKOSHKO E V,KRLIKOWSKI M.Measurements of Activity Coefficients at Infinite Dilution for Organic Solutes and Water in the Ionic Liquid 1-Butyl-1-Methylpyrrolidinium Tris(Pentafluoroethyl) Trifluorophosphate([BMPYR][FAP])[J].Chemical Engineering Journal,2012,183(3):261-270.[10] 张锁江,刘晓敏,姚晓倩,等.离子液体的前沿、进展及应用[J].中国科学(B辑:化学),2009,39(10):1134-1144.[11] LI W X,SUN D Z,ZHANG T,et al.Separation of Acetone and Methanol Azeotropic System Using Ionic Liquid as Entrainer[J].Fluid Phase Equilibria,2014,383:182-187. [12] 孟凡宝,李东风.离子液体在萃取精馏领域应用的基础性研究进展[J].石油化工,2010,39(12):1395-1401.[13] CHEN X C,CAI F F,WU X Y,et al.Isobaric Vapor-Liquid Equilibrium forMethanol+Dimethyl Carbonate+1-Butyl-3-methylimidazoliumDibutylphosphate[J].Journal of Chemical and Engineering Data,2013,58(58):1186-1192.[14] LI Q S,ZHANG S,DING B Q,et al.Isobaric Vapor-Liquid Equilibrium forMethanol+Dimethyl Carbonate+Trifluoromethanesulfonate-based Ionic Liquids at 101.3 kPa[J].Journal of Chemical and Engineering Data,2014,59(11):3488-3494.[15] HUNSMANN W.Verdampfungsgleichgewicht von Ameisensäure/Essigsäure-und von Tetrachlorkohlenstoff/Perchloräthylen - Gemischen[J].Chemie IngenieurTechnik,1967,39(19),1142-1145.[16] VAN DYK B,NIEUWOUDT I.Design of Solvents for Extractive Distillation [J].Industrial and Engineering Chemistry Research,2000,39(5):1423-1429.[17] ZHANG Z G,ZHANG Q,ZHANG Q Q,et al.Isobaric Vapor-Liquid Equilibrium of tert-Butyl Alcohol+Water+Triethanolamine-based Ionic Liquid Ternary Systems at 101.3 kPa[J].Journal of Chemical and Engineering Data,2015,60(7):2018-2027.[18] 田鹏.离子液体的物理化学性质[J].沈阳师范大学学报(自然科学版),2011,29(2):129-137.。

第21卷第1期2009年3月江 苏 工 业 学 院 学 报JOU RN AL OF JIAN GSU P OLY T ECHN IC U N IVERSIT YVo l 21No 1M ar 2009文章编号:1673-9620(2009)01-0034-04隔离壁精馏塔萃取精馏制无水乙醇*夏珊珊,裘兆蓉,叶 青(江苏工业学院化学化工学院,江苏常州213164)摘要:用隔离壁精馏塔萃取精馏制无水乙醇。

在溶剂比为1 8,回流比为3 1,乙醇原料进料速度为1 6mL/m in时,塔顶乙醇的质量分数达到99 5%;塔釜乙二醇的质量分数达到96 4%,可直接作萃取剂循环利用。

用Aspen Plus对该工艺和二塔萃取精馏工艺对比,结果与实验相一致,塔顶组成相对误差为0 5%,塔釜组成相对误差2 4%。

结果显示该工艺比现有工艺少一个塔、一个再沸器和一个冷凝器,节能12%,降低了能耗和设备投资。

关键词:隔离壁精馏塔;萃取;精馏;乙醇;水中图分类号:T Q028 1;T Q233 文献标识码:AStudy of Extractive Distillation of Ethanol andWater Using Dividing Wall ColumnXIA Shan-shan,QIU Zhao-ro ng,YE Qing(School of Chemistry and Chemical Eng ineering,Jiangsu Polytechnic University,Changzhou213164,China)Abstract:A div iding w all co lum n w as applied in extractive distillation in o rder to g ain ethanol w itho ut w a-ter.Ethanol in top stream reached99 5%and ethanediol in botto m stream reached96 4%w hich could be recycled as solvent under the condition that feed rate w as1 6m L/min and the r eflux ratio w as3 1and the r atio of so lvent w as1 8.T he A spen Plus w as applied to simulate the process and the conventional pro cess.T he simulation result w as accordant w ith the exper im ent result.The relative err ors w ere0 5% and2 4%.The sim ulation result indicated that the discussed process could save a column and a reboiler com pared w ith the conv entional pro cess.T he costs were r educed and the energ y reduced by12%.Key words:dividing w all column;extractive distillation;ethano l;w ater无水乙醇常用于工业有机合成,是许多化工产品的基本原料,使用量很大。

萃取精馏分离苯—叔丁醇共沸体系的稳态设计与动态控制苯和叔丁醇是较为常见的基础化工原料,在无水三氯化铝的催化作用下,苯与叔丁醇反应生成叔丁苯,生产过程中将产生苯和叔丁醇的混合物。

在常压下,苯和叔丁醇形成最低共沸点的共沸物,普通精馏方法难以有效分离,开发特殊精馏工艺分离该共沸物,具有一定的工业应用价值。

本文研究了苯和叔丁醇共沸物的萃取精馏分离工艺,考察了不同进料组成、不同萃取剂的萃取精馏工艺的经济性与动态稳健性。

(1)确定合适的萃取剂。

通过绘制剩余曲线图和气液平衡相图,考察了单乙醇胺(MEA,C2H7NO)、二甲基亚砜(DMSO,C2H6OS)和N-甲基单乙醇胺(MMEA,C3H9NO)三种萃取剂。

确定单乙醇胺和N-甲基单乙醇胺为苯-叔丁醇的萃取剂。

(2)基于Aspen Plus模拟平台,采用年度总费用(TAC)模型,分析在不同萃取剂、不同进料组成下的萃取精馏分离过程的经济性,考察塔板数、进料位置、回流比和溶剂比等操作参数对TAC的影响。

研究结果表明:进料含量相同时,单乙醇胺作为萃取剂的工艺比N-甲基单乙醇胺作为萃取剂的经济性好。

(3)基于Aspen Plus Dynamics平台,研究不同萃取剂、不同进料组成的萃取精馏工艺的控制方案。

单乙醇胺作为萃取剂时,固定回流比的基础控制结构对进料扰动不能实现稳健的控制;对于20 mol%苯进料组成,回流/进料流量(R/F)比例控制结构能够很好的处理±20%进料流量和进料组成扰动;对于50 mol%苯进料组成,再沸器热负荷/进料流量(QR/F)比例控制结构抗干扰能力较强;对于80 mol%苯进料组成,R/F比例控制结构能稳健的处理±10%进料流量和进料组成扰动。

N-甲基单乙醇胺作为萃取剂时,固定回流比的基础控制结构对进料扰动不能实现稳健控制;对于20 mol%苯进料组成,QR/F比例控制结构对±20%进料流量和进料组成扰动能够实现较好的控制;对于50 mol%苯进料组成,QR/F比例控制结构能很好的处理±20%进料流量和10%进料组成扰动;对于80 mol%苯进料组成,R/F 比例控制结构对±20%进料和组成扰动能够实现稳健的控制。

实验6 萃取精馏制取无水乙醇及其流程模拟1.实验目的（1）了解萃取精馏的基本原理及操作过程；（2）通过实验条件的改变，深入认识溶剂比在萃取精馏操作过程中的重要作用；（3）上机用PRO ǁ 流程模拟软件对萃取精馏过程进行模拟。

2.萃取精馏分离过程技术原理随着石油化工的飞速发展，原料与产品的纯度不断提高，沸点相近组分的分离日益增多，因此，萃取精馏的的应用越来越普遍，成为重要的分离方法之一。

对于沸点相差很小或具有恒沸点的物系，很难用一般的精馏方法得到高纯度的产品，工业上一般采用特殊的精馏方式，萃取精馏便是其中的一种。

在相对挥发度接近1或形成恒沸物的料液中，加入挥发性很小的第三组分，使料液的相对挥发度增大，从而变得适合于采用精馏方法分离，加入的第三组分称为萃取剂或溶剂。

这种精馏方法称作萃取精馏。

萃取精馏工业应用很广泛，主要用于两方面。

一是沸点相近的烃的分离，如丁烷-丁烯、丁烯-丁二烯、戊烯-异戊二烯、己烯-正己烷、乙苯-苯乙烯以及苯-环己烷等。

例如最典型的丁烯-丁二烯分离，两者沸点相差只有2℃，相对挥发度只有1.03，用普通精馏需要很多塔板，而在加入溶剂时，相对挥发度可以增加到1.67，使得精馏过程容易实现。

二是有共沸点的混合物分离，例如丙酮-甲醇、甲乙酮-仲丁酮、乙醇-醋酸乙酯、丙酮-乙醚以及乙醇、醋酸等有机水溶液，还有某些含有少量烃或水的有机物分离。

任何事物矛盾双方是同时存在的。

萃取精馏一方面增加了被分离组分之间的相对挥发度，使得分离能够进行，另一方面带来的最大缺点是溶剂比大从而导致生产能力提高困难，而且过程能耗大。

因此在选择萃取精馏工艺时，要从萃取精馏流程安排、萃取精馏塔的塔板结构和分离剂或溶剂的选择这三个方面出发，对萃取精馏分离过程进行设计和优化。

3.实验设计过程1）精馏分离方案的确定本实验要求采用精馏发方法分离乙醇和水的混合物，制取无水乙醇。

由于该混合物在乙醇浓度达到95%(体积分数)时存在恒沸点，在乙醇水溶液中加入乙二醇（KAc）改变乙醇-水体系的气液平衡关系，使得恒沸组成消失，实现精馏分离过程。